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流体力学作业
第一部分
1.流体和固体的主要区别有哪些?
答案:流体和固体的主要区别在于液体的易流动性,即固体具有抵抗一定量的拉力、压力和剪切力的能力;而流体可以抵抗压力,但不能承受拉力,特别是静止的流体不能抵抗剪切力,在切向力的作用下可以无限变形。
2.什么类型的力使流体变形?
答案:使流体变形的主要力是剪切力,在剪切力作用下,流体可以无线变形。
3.理想流体的定义是什么?
答案:理想流体是不考虑粘性、热传导、质量扩散等扩散特性的流体。
4.完全气体的定义是什么?怎么用表达式表达?
答案:符合气体状态方程:p=ρRT的气体为理想气体,其表达式就是p=ρRT式中p——压强;ρ——密度;R——气体常数;T——温度。
5.马赫数的定义是什么?超音速和亚音速的区别?能否多谈一些?
答案:物体运动的速度与声速的比值叫做马赫数,用M表示。当M1时,即物体速度大于声速的时候为超声速,当M1时,即物体的速度小于声速,此时为亚声速,马赫数为1时即为声速,马赫数大于五左右为超高声速。在大多数情况下,对于马赫数M≤0.3时,若密度的改变只有平均值的2%,那么气体的流动就认为是不可压缩的;一般来说,马赫数小于0.15时可以将此流动看作不可压缩流动来处理。
6.层流和湍流的现象,能否描述一下?用什么来判断它们?
答案:层流:流体只做轴向运动,而无横向运动,此时水在管中分层流动,各层之间互不干扰、互不相混。
湍流:水剧烈波动,断裂并混杂在许多小旋涡中,处于完全无规则的乱流状态。
比如自来水管中的自来水,当水龙头开的较小的时候为层流,当水龙头开的最大时的状态为湍流状态。
比如雷诺的实验中,当水速较小时染色水为一条直线,湍流时乱作一团。
判断的标准用雷诺数,根据雷诺数的大小来区分是层流还是湍流。
7.粘度会引起流动产生什么?气体和液体中的粘度产生有什么区别吗?
答案:粘度会使流体各层之间产生内摩擦力,引起能量的耗损。
液体的粘性主要是由分子内聚力决定的,即分子之间的引力;而气体
的粘度主要是由分子的动量交换决定的。
8.温度对粘度的影响如何?
答案:对于气体体来说,随着温度的升高,粘度逐渐增大,这是由于温度升
高,分子运动加剧,动量交换剧烈,表现为应力增大,粘度也相应增大;对于液体来说,随着温度的升高粘度逐渐减小,这主要是由于温度升高,分子运动的幅度增大,分子间的平均距离增大,分子间引力减小,故粘度减小。
9.什么是牛顿流体?什么是非牛顿流体?
答案:凡是符合牛顿内摩擦定律dy
duμ
τ
=的流体称为牛顿流体,反之称为非牛顿
流体。
10.说出你所知道的用流体力学来解释的现象。
答案:虹吸现象,即平时我们所用到的用一根灌满某种液体的管子来利用位置
差造成的压力差来吸抽这种液体;连通器原理也是,都是利用压强水头差的
作用。
11.表面拉伸会引起毛细现象。为什么当毛细管中的液面向上凹时,其液面会高出容器的液面“为什么当毛细管中的液面上凸时,其液面会低于容器中的液面?
答案:根据接触角θ的大小可以将固体分为液体湿润固体和液体不湿润固体,
当θ为锐角时为液体湿润固体,否则为不是润固体。对于液体湿润固体其呈现为液面上凹,这时由于液体的表面张力为斜向上的,为了平衡表面张力,故液体高于液面用重力平衡来平衡张力;对于液体不湿润固体,其表面张力斜向下,由于张力的作用,其液面低于液面。
12.均匀流动会存在于什么流体中,即什么流体会产生均匀流动。非均匀流动是什么产生的?
答案:均匀流动即为流动的速度不随位置的变化而改变,在类似圆管中的理想
流动为均匀流动,均匀流动一定为层流;非均匀流动是由于流体的粘性产生的,同时流动过程中流动走向的改变也会造成非均匀流动,其可能为层流,可能为湍流,湍流一定为非均匀流。
13.请解释定常流动和非定常流动。
答案:定常流动:在任何点,流动的形式不随时间变化,且在任意点处速度保
持为常数,否则为非定常流。由此可知,均匀流动一定为定常流动,非均匀
流可能为定常流动。
14.什么是毛细现象?有几种形状?
答案:毛细现象:在足够细的管中,由于流体表面张力的作用,使管中的液面
高于或低于正常液面的现象。其形状有两种:一种是上凹形,一种是上凸形。
第二部分
1.静压力作用在物面的什么方向?
答案:静压力的方向总是垂直指向作用面的,且其大小与作用面的方位无关,
只与作用点的位置有关,且在某一作用点沿各个方向作用力的大小相等。
2.静压力用P来表示。理解P+ρgz=constant的意义。静压力只与高度有关系,这句话对运动流体还管用吗?
答案:在这里,z指的是这点离自由液面的距离,这个公式表明在垂直方向上,
压强与淹深成线性关系;在垂直方向上,说明水平面为等压面。对于运动的
流体来说,这句话不管用,这句话说
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